帮助学生认识科学的本质

科学的本质在于探索真理，科学是人类探究自然界奥秘的过程，是探究自然界的思考方式和认识方式^[1]。科学观察和推理、论证受到社会环境的制约，受到个体先前经验的影响。对同一事物，不同的人可能会做出不同的分析和判断，可能得到不同的结论。科学知识（包括科学事实、概念、原理、规律和科学理论）是人们在观察、思考自然现象或进行科学实验中获得的，是科学家们对客观世界的描述和反映，是客观世界在人脑中的反映。科学发现要经历一定过程，这种思考要建立在真实的证据上，要尽量避免偏见与误差。科学地解决问题，就意味着需要提出问题，做出科学的假设，并运用合适的方法，获得充足的有根据的资料，通过分析、归纳和论证，得到探究的结论。而且，探究并不一定都能得到结论，即使有了结论，也未必一定符合客观实际、一定能解决问题。科学知识只是相对真理，要允许质疑和争论。科学要在不断探索中发展。

一个人掌握了一定的科学知识，不等于认识了科学的本质。科学知识是可以发生变化的。科学知识赖以产生的科学探究精神、科学思想和科学方法才是科学的本质。学习研究科学，应该注意通过反思、交流和讨论，发现已得出的结论中可能存在的问题和不足，引发进一步的探索，不断向真理逼近。

随着社会的进步和科学的发展，基础教育的科学教育越来越关注科学本质教育。不过，由于我国基础教育领域长期以来忽视科学本质的教育，对诸如什么是科学的本质、科学本质教育有什么价值、怎样在理科教学中有效地实施科学本质教育等，不少教师在认识上存在偏差和误区。正确认识科学本质和科学本质教育的重要性，探索在教学中强化科学本质教育的策略、方法，是落实理科课程培养学生核心素养，提升青少年科学素养，提高自然科学教育质量的重要工作^[2]。

我国基础教育的各个自然科学学科的课程标准都明确指出要提高中学生的科学素养。课程标准中都阐述了教育的目标和要求。例如，《义务教育化学课程标准（2011版）》的前言明确提出要“引导学生认识化学、技术、社会、环境的相互关系，理解科学的本质，提高学生的科学素养”。《普通高中化学课程标准（实验）》前言中，在阐述课程性质一节里，也指出：“高中化学课程应……有利于（学生）加深对科学本质的认识……”

然而，我国基础教育领域长期以来忽视科学本质的教育。传统的基础教育理科教学大纲没有明确提出科学本质教育的要求。课程改革后制定的课程标准仍尚缺乏对科学本质教育学习要求的具体阐述。多数理科教材中科学本质教育的内容还比较少。培养学生的学科核心素养，提升青少年科学素养，落实理科课程标准，要求我们正确认识科学本质，认识科学本质教育的重要性，努力探索在教学中强化科学本质教育的策略、方法。改进自然科学的课堂教学方法，设计有利于营造质疑、交流、论争的科学课堂教学氛围，提高学生对科学本质的理解，也是课堂转型的任务。

化学教学不只是传授化学知识、技能和方法；设计和组织实验、开展科学探究活动也不只是让学生动手，学习诸如观察、推断和实验等各种探究技能和方法。要引导学生通过探究学习活动，经历科学发现和探究的基本过程，在活动中认识和理解科学的本质。

不能把科学本质教育看成是“高端”的理论教育问题，是中学科学教育无法实施的。也不能认为在科学知识、技能和方法的灌输式教学中能自然而然地完成科学本质教育。在教学中引导学生主动学习，倡导探究学习和合作学习，也不能完全代替科学本质教育。科学本质教育要求在学科教学中帮助学生形成看待科学的基本观点，帮助学生形成正确的科学观，帮助学生形成尊重客观世界、敢于追求真理的科学精神，培养实事求是的科学态度。

基础教育领域学习的理科知识大多是已经经过大量的实验事实证实，被广泛认可并已获得广泛应用的。这些科学知识在一定的历史时期中是相对稳定的。但是，教材上“白纸黑字”写就的科学知识和原理并非是绝对真理，并非是永恒不变的。

要帮助学生认识，随着社会的进步、科学的发展，某些在基础教育领域介绍的科学事实、构建的科学概念原理，仍然可能被否定或修正。例如，在化学科学发展历程中，科学家所建构的原子结构模型几经演变；人们对原子之所以能彼此结合的原因也有过不同的设想和解释；对催化剂、分子概念的理解，对石墨结构的认识等也都随着社会进步和科技发展有所变化或修正。诸如此类的内容在科学发展史中非常多。在教学中，要帮助学生了解科学发展受社会文化、政治、经济及个人主观因素的影响，随着社会的进步、科技的发展，科学知识也在发生变化，更趋近于客观世界的本真。在科学实践中，不同的科学家进行同一内容的实验，可能有不同的结果，对同一现象可能做出不同的解释。在还没有找到发生差异的原因、没有取得统一看法时，不可避免地会存在对同一事物从不同视角、用不同观点做出解释或论述的情况。

自然科学的发展是靠许多科学家在科学探索道路上不倦探索、艰苦奋斗换来的。有机化合物研究中，最简单的芳香烃（苯）在发现40年之后，化学家凯库勒才在前人研究的基础上，提出苯结构的设想，找到解释它的独特化学性质的突破口，开拓了苯结构研究的思路。居里夫人在十分简陋的实验室中经过连续多年的辛劳，才从几吨废铀渣中发现并分离出放射性元素镭。爱迪生为寻找制造白炽灯灯丝的材料，经历了无数次的失败……无数事实雄辩地说明科学发现总需要观察、猜想、假设、寻找证据、进行论证，期间可能遇到挫折和失败，会存在片面和错误。科学探究，需要有勇气面对失败，有毅力在失败中坚持探索，追根溯源，敢于质疑，勇于寻找解决问题的突破口，勇于承认和修正错误。让青少年在自然科学的学习过程中，了解科学家在科学探索中走过的艰难的探究历程，认识科学是在不断探索中前行的，可以激发他们对科学家的崇敬之情和对科学进行探索的欲望、热情与勇气，培养他们的科学情感和坚忍不拔的意志。

在学科教学中渗透科学本质的教育，可以帮助学生了解科学总是在交流、探讨、争论、反思中摸索着前进的，体会到对话、论争、反思的价值，也有利于培养学生的批判精神，发展批判性思维。自然科学中许多原理、理论都是在争论中诞生的。例如，生物学中关于“生物进化理论发展”的进程，说明科学发展过程中有争论是正常的，也是必要的。当代关于恐龙灭绝原因的论证、气候变化趋势及其原因的讨论等，都说明科学正是在争论中发展的。如果没有科学家的批判精神、忘我的实事求是的探索和奋斗，化学史上盛行数百年的燃素学说就难以被否定；天文学中，日心说也不可能战胜地心说。科学发展的历程说明，今天所学习的科学并不是终极的绝对的真理，科学永远期待着后来者的怀疑的勇气和批判的精神。

在化学教学中，要结合教学内容，引用科学技术发展中的典型史实，帮助青少年理解科学的本质。例如，帮助学生“从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法”，教材增加了有关原子结构模型演变的内容，介绍了随着时代的进步、科学技术的发展，在无数科学家的探索下，人们对原子结构的认识是如何从“实体模型、葡萄干面包模型、行星轨道模型、玻尔模型、量子力学模型”一步一步地发展、变化的，用生动的科学发展史实说明，原子结构的知识是在科学探索过程中逐步被揭示的，是从不断摆脱、纠正错误中走过来的。还可以在教学中适当介绍某些重大科学问题中存在的争议或不同观点，对学生进行粗浅的科学社会学、科学哲学的教育。例如，对日用塑料制品使用是否一定造成白色污染的争论，对转基因作物的研究和种植的争议等等。

在教学中，要注意改进自然科学的课堂教学方法，设计有利于营造质疑、交流、论争的科学课堂教学氛围，提高学生对科学本质的理解。我国传统的理科教学方法大多遵循下述模式：先由教师提出某种科学概念或理论，配合演示与实验活动做讲解、阐述、论证；而后引用例题帮助学生进一步理解，并尝试应用于解答某个具体问题或拓宽认识；最后让学生完成习题作业巩固所学知识，做简单的或综合的应用练习。这种教学模式以知识与技能的掌握和应用于解题为目的，学生难以获得对科学本质的理解。教学中要结合具体事例，创设生动的学习情景，帮助学生体会科学需要怀疑和批判精神。自然科学的学习课堂，应该是能引发学生观察、思考、质疑、论争和进行实验探究的学习场所。要营造宽松的探究氛围，让学生在潜移默化中，接受“科学即探究”“科学需要质疑”的科学本质观。新课程的实验教材，在这方面已经做出了很大努力。例如在生物学科教材中，编写了诸如“评价应用激素药物的利与弊”等丰富的教学资料，应该很好地利用，发挥其教育功能。

［案例2-5］帮助学生领悟科学的本质

一位深受学生欢迎的初中化学教师，在讲授不同金属和酸溶液的反应时，让学生通过实验判断锌和铁两种金属和酸溶液的作用哪个更剧烈。学生讨论后，教师让每个小组都按讨论提出的一个实验方案进行实验：在两支试管中分别放入一颗锌粒和一片铁片，各加入稀硫酸，观察反应的剧烈程度并做记录。实验后各小组得出的结果共有三种，有的实验显示锌和酸反应更剧烈；有的正相反；有的看不出差异。教师让得到不同结果的三个小组分别报告他们在实验中所用锌粒、铁片的大小，铁片上是否有锈迹，用的是什么酸，酸的用量等等。让大家思考、讨论下列问题：实验有不同结果合理吗？为什么会出现不同结果？要怎样实验，才能得到可靠的结果？学生在讨论中，提出不同看法，争论激烈。在教师引导下，学生认识到金属和酸作用的剧烈程度，不仅决定于金属的活动性，还可能和所用的酸的种类、浓度、用量，所用的金属表面积的大小、金属表面是否纯净等因素有关。教师又提出问题：可否通过实验来证明这种看法是否正确，实验中应该怎样控制实验条件？学生通过讨论和实验，终于认识到，要做好不同金属与酸作用剧烈程度的对比实验，只能允许金属种类不同，其他条件均要相同。这样实验的结果才能说明锌、铁和酸溶液作用哪个更剧烈。这样的课，花费时间相对较多，但学生得到的收益、对科学本质的理解是简单灌输“控制变量研究法”所不能比拟的。

班级课堂教学要讲究教学效率，学习、继承前人研究的成果并不一定、也不可能都要通过重复的实验、探究来获得。然而，设计一些让学生自己动手探究获得感悟的活动还是不可或缺的。营造质疑、交流、论争的科学课堂教学氛围，更是不可缺少的。教师要研究和改进探究学习活动的设计和组织，通过探究活动帮助学生获得科学本质的认识。

【注释】

[1]袁维新. 科学的本质和科学本质教育［J］.课程·教材·教法，2004年第7期

[2]王云生.要加强中学理科教学中的科学本质教育［J］.基础教育课程，2013年第11期